地下煤层三维显示(3)

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本论文将通过计算机辅助技术，利用 ArcGIS 软件来实现地下煤层的三维显示。地下煤层的三维显示可直观的表现出煤层的空间状态和赋存状况，可以让人直接、完整、准确地理解和感受地下煤层的构造情况，能够满足工程技术人员对煤层空间分析的需求[1]。地下煤层 3D 构建和可视化，能为煤层管理人员全面和准确的描述地下煤层空间几何形态和其相互关系提供必要的概念模型[1]，地下煤层三维建模是地质体三维建模的重要内容,也是国内外的热点和难点问题,更是 “虚拟矿山“的基础，对煤炭资源可持续利用有着深远意义[3]。

1.1 国内外研究现状

地下煤层三维建模是地质体三维建模的重要内容,也是国内外的热点和难点问题,更是“虚拟矿山“的基础，对煤炭资源可持续利用有着深远意义[3]。

就我国目前地下煤层的开采来看，工程师的设计图纸（例如利用 CAD 绘制的煤层底板等高线图和其它制图软件或手绘的二维图纸）大多都是 2D 或者伪 3D 的，不能直观、准确、多角度的反映出煤层地下构造的空间关系和特点[3]。并且在此情况下，大多数煤炭产业管理人员无法树立真三维的空间概念和立体结构，其思维方式、逻辑理念仍然停留在煤层底板等高线、煤层厚度上，缺乏宏观的把握和立体架构，无法用联系的、空间的理念把所有煤层分布在三维空间中有机地架构出来，仍然脱离不了平面关系这一范畴。目前我国的煤层三维可视化技术总体水平并不成熟，和国际水平差距较大，在三维可视化的虚拟现实技术领域缺乏自主知识产权。

本论文将采用克里金插值三维建模的方法，通过已有的 CAD 煤层底板等高线图，插值出煤层顶底板等高面，并在 GIS 软件中实现地下煤层的三维显示。

1.2 地下煤层状态表示方法

目前我国地下煤层状态都是通过煤层底板等高线图来表示的。地下煤层的层面包括上层面和下层面，煤层的上层层面与许多等距的水平面相交，所得的交线就是煤层顶板等高线；相同的，煤层的下层层面与许多等距的水平面相交，所得交线就是煤层底板等高线。将煤层上、下层面上的等高线投射到一个水平投影面上并标注其高程值，所得到的图形就是煤层底板等高线图。底板等高线图又称煤层构造平面图[4]，主要反映煤层产状、煤层厚度和地质的构造等情况，是煤矿生产开采过程中最为重要的地质图件，可以用于煤矿开采区域的规划、煤层储量的计算和地质构造的预测等。来!自~751论-文|网www.751com.cn

1.2.1 煤层底板等高线上的地质构造表示方法

（1）单斜构造

单斜构造在一定的范围内，煤层的走向、倾向和倾角往往变化不大，基本向同一方向倾斜。煤层底板等高线延伸方向即为煤层的走向，垂直等高线指向高程降低的方向为煤层倾向。

单斜构造表示方法：煤层底板等高线的高程值沿着煤层倾向是依次降低的；煤层底板各等高线彼此之间大致平行，各等高线之间垂直距离也大致相等；如果煤层走向有变化，则底板等高线表现为弯曲；如果煤层倾角有变化，则底板等高线表现为各等高线之间的垂直距离不一致，等高线之间疏密不均，垂直距离越大，则倾角越小。

（2）褶曲构造

单斜构造在煤层底板等高线图上的表现

当煤层底板等高线为一系列大致平行的直线时，其为水平褶曲构造。等高线高程由两侧向中间增大的为水平背斜，由两侧向中间减小的为水平向斜。当褶曲出现倾伏时，煤层底板等高线表现为一端封闭另一端散开的半封闭曲线，且轴部两侧同高程的等高线依次对称出现。其中倾伏背斜由轴部向两侧等高线高程值逐渐减小，并在倾伏一端等高线封闭转折[5]。